2021高考物理二輪復習專題8振動和波動光學案

1、專八振和動光考情速覽明規(guī)律高考命題點命題軌跡卷 2016卷 情境圖201720182019卷 卷 卷 卷 卷 卷 17(1)34 題17(3)34 題18(1)34 題機械振動和機械波18(3)34 題2020卷 卷 19(1)34 19(2)34 題- 1 -20(3)34 題2016卷 卷 卷 2017 卷 卷 卷 2018 卷 卷 16(1)34 題 16(3)34 題2019卷 卷 17(1)34 題17(2)34 題光的折射和全反射17(3)34 題卷 2020 卷 卷 18(1)34 題18(2)34 題18(3)34 題- 2 -19(1)34 題19(3)34 題20(1)34

2、 題20(2)34 題光 ( 波 ) 的特 有現(xiàn)象 波2019卷 2020 卷 20(3)34 題19(2)34 題核心知識提素養(yǎng) “理念構一、機械振動與機械波- 3 -1知識體系2波的疊加規(guī)律(1)兩個振動情況相同的波源形的波空間某點振動加強的條件為 振減弱的條件為 .兩個振動情況相反的源形成的波空間某點振動加強的條件為2 ，動減弱的條件為 .2(2)振動加強點的位移隨時間而變，振幅最大二、光的折射、光的波動性、電磁波與相對論1知識體系2光的波動性(1)光的干涉產(chǎn)生的條件：發(fā)生涉的條件是兩光源頻率相等，相位差恒定l(2)兩列光波發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象，光的頻率相等，相位差恒定，條紋間距 d- 4

3、-(3)發(fā)生明顯衍射的條件是障礙或小孔的尺寸跟光的波長相差不多或比光的波長小“學維展一、機械振動與機械波1分析簡諧運動的技巧(1)物理量變化分析：以位移為梁，位移增大時，振動質點的回復力、加速度、勢能均 增大，速度、動能均減小；反之，則產(chǎn)生相反的變化(2)矢量方向分析：矢量均在其為零時改變方向2波的傳播問題中四個問題(1)沿波的傳播方向上各質點的振方向與波源的起振方向一致(2)傳播中各質點隨波振動，但不隨波遷移(3)沿波的傳播方向上每個周期播一個波長的距離(4)在波的傳播過程中，同一時如果一個質點處于波峰，而另一質點處于波谷，則這兩 個質點一定是反相點二、光的折射和全反射1依據(jù)題目條件，正確分

4、析可的全反射及臨界角2通過分析、計算確定光傳播程中可能的折射、反射，把握光的“多過程”現(xiàn)象 3幾何光學臨界問題的分析畫出正確的光路圖，從圖中找出各種幾何關系；利用好光路圖中的臨界光線，準確地判 斷出恰好發(fā)生全反射的臨界條件命題熱點巧突破考一 機振和械考向 1 簡運動 單1(2020新課標卷)用一個長為 80.0 cm 的擺做實驗，要求擺動的最大角度小于 5，則開始時將擺球拉離平衡置的距離應不超_6.9_cm(留 1 位小數(shù)(提示：單擺 被拉開小角度的情況下，所求的距離約等于擺球沿圓弧移動的路程)某同學想設計一個新單擺，要求新單擺擺動 10 個期的時間與原單擺擺動 11 個周的 時間相等新單擺的

5、擺長應該取_96.8_cm.5【解析】 拉平衡位置的距離 280 cm 6.97 cm360題中要求擺動的最大角度小于 5留 位小拉離平衡位置的不超過 6.9 cm；根據(jù)單擺周期公式 2L結合題意可知 11T g- 5 -g 2 g 2 代入數(shù)據(jù)為 10 L11 80解得新單擺的擺長為 L cm2(2019全國卷，34(1)如 1，長為 的繩下方懸掛一小球 ，繩的另一端固定3在天花板上 O 處，在 點下方 l 的 處有一固定細鐵釘將小球向右拉開，使細繩與4豎直方向成一小角度約為 2)由靜止釋放并從釋放時開始計時當球 a 至最低位置 時，細繩會受到鐵釘?shù)淖钃踉O小球相對于其平衡位置的水平位移為x，

6、向右為下列圖像 中，能描述小球在開始一個周期內(nèi)的 x 關系( A )【解析】 擺為 l 時擺的周期 T 2l 1 ，振幅 A 為擺角，長為 l 時 g 4單擺的周期 T 21l4l 1 A 為角機械能守恒得 mgl(1 g 2 4l cos ) (1 )，利用 12sin ，cos 12sin ，以及 sin 4 2 21tan ( 小)解得 ，故 A A 故選項 A 確 考向 2 波傳播規(guī)律3多選)(2020浙江高考真)如圖所示 軸上2 m m 處有個振動周期均為 4 s、振幅均為 1 cm 的相的波源 S 、 ，0 刻同時開始豎直向下振動，產(chǎn)生波長均為 4 m 沿 x 軸傳的簡諧橫波P、

7、分別是 x 軸 2 、5 m 8.5 m 的個點，下列說法正確 的是( CD )- 6 -A6.0 s 時 、 三均已振動B8.0 s 后 點位移始終是 2 cmC10.0 s 后 點位移始終是 0D10.5 s 時 點振動方向豎直向下 4【解析】 波為 m/s1 m/s， 6 內(nèi)兩列波傳播了 6 ，則此時 兩T 4點已振動，但是 M 點未振動，A 誤；因 M 點兩個振源的距離相等，則 M 是振動加強點， 振幅為 2 cm，但不是位移始終 2 ，B 錯誤 點兩振源的距離只差為 cm，為半波長 的 3 倍則該點為振動減弱點，振幅為零，即 10.0 后 點的位移始終為零C 正； 波10.5源的振動

8、傳到 點時間為 s10.5 ，則 10.5 s 時 Q 點 引起的振動為豎直向下；13.5S 波的振動傳到 Q 點時間為1s3.5 ，則 10.5 s 時 Q 點由 引的振動已經(jīng)振動了7 s，此時在最高點，速度為零則 10.5 s 時刻 點振動速為豎直向下D 確故選 CD4.(2020新課標卷)一動片以頻率 f 做簡振動時，固定在振動片上的兩根細桿同 步周期性地觸動水面上 ab 兩點兩波源發(fā)出波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣 是面 上的一點，、 間距離均為 ，如圖所示已知除 c 外，在 連上還有其他振幅3極大的點，其中距 c 最的點到 c 的距為 l.求：8(1)波的波長；(2)波的傳播速度1 1

9、【答案】 (1) l (2) fl4 43 5【解析】 (1)設與 c 點近的振幅極大點為 ， l l8 8bd 72cos 60 l8根據(jù)干涉加強點距離差的關系： x 1bd 4- 7 -1所以波長為 41(2)由于受迫振動的頻率取決于迫源的頻率由 知，v fl4考向 3 振與波動的圖像問題T5(5 選 新標全國)簡諧橫波沿 x 軸正方向傳，在 時刻，該波2的波形圖如(a)所示，、Q 是介質中的兩個質點(表介質中某質點的振動圖像下 列說法正確的是( CDE )A質點 Q 的振動圖像與圖b)相同B在 0 時刻，質點 的率比質點 Q 大C在 0 時刻，質點 的速度的大小比質點 Q 大D平衡位置在

10、坐標原點的質點振動圖像如(b)示E在 0 時刻，質點 與平衡位置的距離比質點 Q 的T【解析】 由圖(b)可知，在 t 時刻質點正在向 y 軸方向振動，而從(a)可知，2T 質點 Q 在 正在 正方向運動，故 A 錯誤；由 的波圖推知0 刻，質點 P 2 2正位于波谷，速率為零；質點 Q 正在衡位置，故在 0 時刻，質點 的速小于質點 Q， 故 B 錯；0 時，質點 P 正位于波谷，具有沿 軸正向最大加速度，質點 Q 在平位 置，加速度為零，故 C 正；0 時，衡位置在坐標原點處質點，正處于平衡位置， 沿 正方向運動，(b)圖吻合，故 D 正確t0 時刻，質點 正于波谷，偏離平衡位置 位移最大

11、，質點 Q 在衡位置，偏離平衡位置位移為零，故 E 正確故本題選 CDE.6(2020天津高考真)一列諧橫波沿 x 軸方向傳播，周期為 T，0 的波形如 T圖所示 時( C )4- 8 -A質點 a 速度方向沿 y 軸方B質點 b 沿 軸方向遷移了 1 mC質點 c 的加速度為零D質點 d 的位移為 cmT 【解析】 經(jīng) 周，波向右傳播了 ，波形如圖所示，由圖可知，質點 a 點恰好運動4 4到平衡位置且沿著 y 軸方向運動A 錯；質點 點只豎直方向上運動不會隨波遷移B 錯誤；質點 恰運動到平衡，速度最大，加速度為零C 正；質點 d 的位為 cm，D 誤故選 C7(2020新課標卷)如圖，列簡諧

12、橫波平行于 x 軸傳播，圖中的實線和虛線分別為 t0 和 t0.1 時的形圖已知平衡位置在 6 m 處質點，在 到 0.1 時間運動 方向不變列簡諧波的周期_0.4_s速為_播方向沿 x 軸負向_(填“正 方向”或“負方向”【解析】 因 x6 處質點在 00.1 s 內(nèi)運方向不變，所以該處質點從正向位1移最大處經(jīng)過四分之一個周期向下運動至平衡位置處，即 T0.1 ，解得周期為 0.4 s，4 4 所以波速為 v 10 ，在虛線上，6 m 處質點向下運動，根據(jù)同側法可知T 0.4 s波沿 x 軸負方向傳播- 9 -3 5 1 3 5 1 58(2020山高考真)一列簡橫波在均勻介質中沿 x 軸方

13、向傳播知 x 處42 3質點的振動方程為 Acos( )，則 t T 時刻波形圖正確( D )T 4【解析】 根題意可知， T 時在 的質點處于 cos 4 4 4 2 3 3 Acos 4 0則此時質點位于平衡位置下一時刻，該質點向上運動，遠離平衡位置，根據(jù)題意，橫波沿 x 軸負向傳播，根據(jù)同側法判斷可知ABC 錯誤D 正確 考向 3 振與波動的多解性、周期性問題9(2018北京高考真題4)如所示，一列簡諧橫波向右傳播、Q 兩點衡位置 相距 0.15 m當 P 運動到上方最大位移處時， 剛好運動到下方最大位移處，則這列波的波 長可能是 B )A0.60 mC0.20 mB mD m【解析】

14、由意，P、 兩之間的距離為 0.15 m，0,1,2，故 02時，0.30 m， 時，0.10 m，選項 B 正，、C、D 誤10(2019廣東深圳市二模)如圖a)，一列簡諧橫波沿 x 軸播，實線和虛線分別為 t0 時和 t 時的波形圖PQ 分是平衡位置為 x 1.0 和 4.0 的兩質點( 為質點 Q 的振圖像，求：- 10 -(1)波的傳播速度和 的大?。?2)質點 P 的位移隨時間變化的關系式【答案】 見析【解析】 (1)由圖(知長 8 m；由圖(知點振動周期 0.2 s 傳播速度 vT解得 40 m/s結合圖a)、(b)可知，橫波沿正 x 方向播，故從 t 0 到 t 時 n2vtvt

15、 解 0.20.05 s(0,1，2， 2(2)質點 P 做簡諧運動的位移表達式 y 由圖(a)知 A10 cm，0 5 2 cm 且 方運動3解得 10sin 4 cm規(guī)總1判斷波的傳播方向和質點振方向的方法(1)特殊點法；(2)微平移法(波形移動法)2周期、波長、波速的計算(1)周期：可根據(jù)質點的振動情計算，若 t 時間內(nèi)，質點完成了 次 可能不是整)t 全振動，則 T ；還可根據(jù)公式 T 計n l(2)波長：可根據(jù)波形圖確定， 的距離上有 n ( 可能不是整數(shù))波長，則 ；n也可根據(jù)公式 計算x (3)波速：可根據(jù)波形傳播的時、距離利用公式 計算；也可根據(jù)公式 v 計算t T3利用波傳播

16、的周期性、雙向解題(1)波的圖像的周期性：相隔時為周期整數(shù)倍的兩個時刻的波形相同，從而使題目的解 答出現(xiàn)多解的可能(2)波傳播方向的雙向性：在題未給出波的傳播方向時，要考慮到波可沿 x 軸正向或負- 11 -h h 向傳播的兩種可能性考二 光折和反考向 1 折定律的應用1(2019新課標全國卷)如圖，一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水 面 3 m距水面 4 的湖底 點出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光4束與豎直方向的夾角為 53(取 sin 53已知水的折射率為 .3(1)求桅桿到 P 點的水平距離；(2)船向左行駛一段距離后停止調整由 點出的激光束方向，當其與豎

17、直方向夾角為 45時，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離【答案】 (1)7 m (2)5.5 m【解析】 (1)設光束從水面射的點到桅桿的水平距離為 ， 點水平距離為 x ； 桅桿高度為 ， 處水深為 h ：激束在水中與豎直方向的夾角為 .由何關系有 xtan 53xtan h由折射定律有sin 53nsin 設桅桿到 P 點的水平距離為 x，則x 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得x7 m(2)設光束在水中與豎直方向的夾角為 時，從水面出射的方向與豎直方向夾角為 i，由折射定律有sin insin 45設船向左行駛的距離為 此時光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為 x 到 P 點的水平距離為

18、 ，則x xtan ih- 12 -hhxtan 45聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得x 23)m5.5 m考向 2 光折射和全反射2.(2020新課標卷如，一折射率為 3的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角 形 ，A90，30.一束平行光平行于 邊從 AB 邊射入棱鏡，不計光線在棱鏡 內(nèi)的多次反射，求 邊與 BC 邊上有光出射區(qū)域的長度的比值【答案】 2【解析】 設 點入射的光線折射后恰好射向 點光在 邊的射角為 ，折射角為 ，圖所示由折射定律有 sin n 設從 DB 范入射的光折射后在 邊上的入射角為 幾關系有 30代入題中數(shù)據(jù)解得 3060nsin 所以從 DB 范圍入射的光折射后 邊發(fā)生全反

19、射反光線垂直射到 邊 邊上 全部有光射出設從 范入的光折射后在 邊上的入射角為 ，如圖所示由幾何關系可知 90根據(jù)已知條件可知 sin 即從 范圍入射的光折射后在 AC 邊上生全反射，反射光線直射到 邊設 BC 邊上有光線射出的部分為 CF，由何關系得 sin 30ACAC 邊與 BC 邊有光射出區(qū)域的長比值為 2CF3.(2020新課標卷)直棱鏡的折射率 n1.5，其橫截面如圖所示，圖中C90，- 13 -30.截面內(nèi)一細束與 BC 邊行的光線，棱鏡 邊的 D 點入，經(jīng)折射后射到 邊上(1)光線在 BC 邊上是否會發(fā)生全反射？說明理由；(2)不考慮多次反射，求從 邊射出的光線與最初的入射光線

20、夾的正弦值2 2 3【答案】 (1)光線在 E 點生反射 (2)sin r4【解析】 (1)如圖，設光線在 D 點的射角為 i，折射角為 折射光線射到 BC 邊上的 E 點設光線在 點入射角為 ，由幾何關系，90(30)60根據(jù)題給數(shù)據(jù)得1sin sin 60 n即 大于全反射臨界角，因此光線在 E 點發(fā)全反射(2)設光線在 邊的 F 點射棱鏡光線的入射角為 i折角為 r由幾何關系、 反射定律及折射定律，有i30isin isin rnsin isin 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)，得2 2 3sin r 4由幾何關系即 邊射出的光線與最初的入光線的夾角規(guī)總光的折射和全反射題型的分析思路- 14 -(

21、1)確定要研究的光線，有時需據(jù)題意，分析、尋找臨界光線、邊界光線為研究對象 (2)找入射點，確認界面，并畫法線(3)明確兩介質折射率的大小關若光疏光密：一定有反射光線和折射光線若光密光疏：如果入射角大于或等于臨界角，一定發(fā)生全反射(4)根據(jù)反射定律、折射定律列關系式，結合幾何關系，聯(lián)立求解考向預測1(2018新課標全國卷)如， 為玻三棱鏡的橫截面，30，一束紅 光垂直 邊射入 AC 邊上的 D 點出折射角為 玻璃對紅光的折射率為 3 . 若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在 D 點射出時的折射射角大_(“小于”“等于”或 “大于”)60.【解析】根據(jù)題述和圖示可知， 60，r30，由折射定律，玻

22、璃對光的折射sin率 3.若改藍光沿一路徑入射，由于玻璃對藍光的折射率大于玻璃對紅光的折 sin射率，則光線在 D 點出時的折射角大于 60.2(2020新課標卷)如所，圓心為 O半徑為 的圓形玻璃磚置于水平桌面上， 光線從 P 點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形面發(fā)生全反射；當入射角 60時，光 線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行已知真空中的光速為 ，則( C )A玻璃磚的折射率為 2RB 之的距離為2C光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為33cD光從玻璃到空氣的臨界角為 30【解析】 作兩種情況下的光圖，如圖所示- 15 -1 x設 OP，在 處生全反射故有 sin .于出射光平行可知，在 B

23、射出，故 nn sin 60sin 由于 sin OBPx 3 3 .聯(lián)立可得 故 AB 錯誤 可得 vR 3 n 31 3c，故 正；于 sin C ，所以臨界角不為 30故 D 錯誤故選 Cn 33多選)(2020山東高考真題)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示 為在 三棱鏡內(nèi)部緊貼 面線狀單色可見光光源， 與三棱鏡的 ABC 面垂直 位線段 BC 的中點圖乙為圖甲中 面正視圖三棱鏡對該單色光的折射率為 2，考慮由 DE 直接射向側面 AA 的光線下列說法正確的是( AC )1A光從 AA 面射的區(qū)域占該側面總面積的22B光從 AA 面射的區(qū)域占該側面總面積的3C若 DE 發(fā)出的單色光

24、頻率變小AA 面光出射的區(qū)域面積將增大 D若 DE 發(fā)出的單色光頻率變小AA 面光出射的區(qū)域面積將減小【解析】 由可知 sin 1，可知臨界角為 45，因此從 點發(fā)的光，直向上 2從 M 點射出的光線恰好是出射光線的邊緣，同時 C 點恰好是出射光線的邊緣，如圖所示， 因此光線只能從 MC 段出，根據(jù)幾何關系可知 恰好 AC 的點，因此在 平上有一半的面積有光線射出，A 正， 錯誤；由于頻率越高，折射率越大，當光源發(fā)出的光 的頻率變小，折射率也會變小，導致臨界角會增大，這時 點上方也會有光線出射，因此出 射光線區(qū)域的面積將增大C 正D 誤故選 AC- 16 -4.(2019新課標全國卷)如，直角

25、三角形 ABC 為棱的橫截面，A90， 30.一束光線平行于底邊 BC 射 AB 邊上并進入棱鏡，然后直于 AC 邊射出(1)求棱鏡的折射率；(2)保持 AB 邊上的入射點不變，漸減小入射角，直到 邊上恰好有光線射出求此時 AB 邊上入射角的正弦【答案】 (1) 3 (2)3 22【解析】 (1)光路圖及相關量圖所示光束在 邊上折射，由折射定律得sin isin 式中 是鏡的折射率由幾何關系可知60由幾何關系和反射定律得聯(lián)立式，并代入 60得n 3(2)設改變后的入射角為 i，折角為 ，由折射定律得sin isin 1依題意，光束在 BC 邊上入射角為全反射的臨角 ， sin c 由幾何關系得

26、 30由式得入射角的正弦為- 17 -sin i3 22考三光波的有象電波1 選 3)(2020新標卷)下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應解釋的( BCE ) A雷雨天看到閃電后，稍過一兒才能聽到雷聲B超聲波被血管中的血流反射，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C觀察者聽到遠去的列車發(fā)出汽笛聲，音調會變低D同一聲源發(fā)出的聲波，在空和水中傳播的速度不同E天文學上觀察到雙(相距較、均繞它們連線上某點做圓周運動的兩顆恒)光譜隨 時間的周期性變化【解析】 之以不能同時觀察是因為聲音的傳播速度比光的傳播速度慢，所以 錯 誤；超聲波與血液中的血小板等細胞發(fā)生反射時，由于血小板的運動會使得反射聲波的頻率 發(fā)生變化B

27、 正確列車和人的置相對變化了，所以聽得的聲音頻率發(fā)生了變化，所C 正 確；波動傳播速度不一樣是由于波的頻率不一樣導致的 錯誤；雙星在周期性運動時，會使 得到地球的距離發(fā)生周期性變化，故接收到的光頻率會發(fā)生變化E 正確故選 BCE.2(5 選 3)(2019新課標全國)水槽中，與水面接觸的兩根相同細桿固定在同一個 振動片上振動片做簡諧振動時，兩根細桿周期性觸動水面形成兩個波源兩波源發(fā)出的波 在水面上相遇在重疊區(qū)域發(fā)生干涉并形成了干涉圖樣關于兩列波重疊區(qū)域內(nèi)水面上振動 的質點，下列說法正確的( BDE A不同質點的振幅都相同B不同質點振動的頻率都相同C不同質點振動的相位都相同D不同質點振動的周期都與振片的周期相同E同一質點處，兩列波的相位不隨時間變化【解